Cu-Zr-Al-Dy非晶合金晶化動(dòng)力學(xué)及其力學(xué)性能的研究.pdf

1、非晶合金的晶化動(dòng)力學(xué)、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能是非晶合金研究的重點(diǎn)方向之一。Cu基非晶合金，尤其是Cu-Zr-Al系非晶合金以其大的玻璃形成能力、優(yōu)異的力學(xué)性能以及較低的成本成為極具工程應(yīng)用前景的非晶合金材料，引起了人們的廣泛關(guān)注。
　　本文以單輥急冷法和銅模鑄造法成功制備出了(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2非晶合金薄帶以及Cu47Zr45Al8、(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2和(Cu0.46Zr0

2、.44Al0.08Dy0.02)100-xFex（x=1，3，5，7）圓柱形非晶試樣。
　　本文以X射線衍射(XRD)、差示掃描量熱法(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)以及萬能材料試驗(yàn)機(jī)為主要測試分析手段，首次研究了(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2非晶合金的非等溫晶化動(dòng)力學(xué)、晶化行為、機(jī)械性能以及Fe元素的添加對(duì)(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2非晶合金微觀結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定

3、性、機(jī)械性能的影響。
　　研究結(jié)果表明:
　　(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2非晶合金薄帶在連續(xù)加熱條件下，隨著升溫速率的增加，其玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg、晶化溫度（起始溫度Tx和峰值溫度Tp）均向高溫方向移動(dòng)，表明了這些特征溫度都具有顯著的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。利用Kissinger方程和Ozawa方程計(jì)算(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2非晶薄帶的激活能分別為Eg=342.9和357.2 kJ/mol，E

4、x=413.8和429.3 kJ/mol以及Ep=467.3和484.9 kJ/mol，由此可見，利用這兩種計(jì)算方法得出的Ep均大于Ex，表明(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2非晶的晶粒長大比形核過程更為困難，利用Kempen模型計(jì)算出的(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2非晶的Avrami指數(shù)n為5.6和1.3，表明這種非晶的晶化過程主要是界面控制的多晶型晶化，晶化過程為:非晶→非晶+Cu10Zr7→Cu

5、10Zr7+AlZr2。
　　Cu47Zr45Al8非晶合金的室溫壓縮強(qiáng)度和顯微硬度分別為1684MPa和628.8HV，由于Dy元素的添加，(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2具有更高的壓縮強(qiáng)度和顯微硬度，分別為1724MPa和636.8 HV。(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2非晶合金斷裂失效過程是以剪切方式破壞，在斷口上可以觀察到明顯的脈絡(luò)紋存在，并且均勻分布在斷裂面上，同時(shí)在斷口上可以明顯觀察

6、到合金的軟化和熔化后形成“液滴”現(xiàn)象，呈現(xiàn)出非晶合金典型的斷裂特征。
　　適量Fe元素的添加能夠有效地改善(Cu0.47Zr0.45Al0.08)98Dy2非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)，當(dāng)Fe元素的含量為1％和3％，合金為完全地非晶結(jié)構(gòu)，沒有晶化相的產(chǎn)生，熱穩(wěn)定性有所提高，并且出現(xiàn)富Fe相和富Cu相兩相分離，這種相分離結(jié)構(gòu)有助于改善非晶合金的塑性，然而隨著Fe元素含量的繼續(xù)提高，F(xiàn)e元素含量為5％和7％時(shí)，XRD圖譜中有尖銳的衍射峰出現(xiàn)，即

7、非晶合金發(fā)生了晶化，經(jīng)標(biāo)定晶化產(chǎn)物主要為DyFe2、 Cu10Zr7、 FeZr3和Fe2Zr等金屬間化合物。適量Fe元素的添加也有利于Cu46Zr44Al8Dy2合金的強(qiáng)度和塑性的提高，隨著Fe元素含量的增加，Cu46Zr44Al8Dy2非晶合金的壓縮強(qiáng)度和塑性呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)添加3％的Fe時(shí)，塊體非晶合金的壓縮強(qiáng)度σf和塑性εp達(dá)到最大，分別達(dá)到1835 MPa和0.5％。當(dāng)Fe元素含量為1％時(shí)，可以在合金斷口觀察到許多近